PSK通信系统的蒙特卡罗仿真研究终

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1、西南科技大学课程设计报课程名称：数字信号处理与通信原理课程设计设计名称：8PSK通信系统的蒙特卡罗仿真分析 姓 名：李烨学 号：20064611班 级：通信0601指导教师：龙惠民起止日期：2009620-2009.7.3西南科技大学信息工程学院制课程设计任务书学生班级：通信 0601学生姓名：李烨学号:20064611设计名称：8PSK通信系统的蒙特卡罗仿真分析起止日期：2009620-2009.7.3 指导教师：龙惠民设计要求：产生等概率且相互独立的二进制序列，画出波形；产生均值为o，方差为1的加性高斯随机噪声；进行8PSK调制，画出波形；进行蒙特卡罗分析；解调8PSK，画出眼图。课程设计

2、学生日志时间设计内容6.25-6.27查阅资料，确定系统方案6.28-6.29设计总体方案7.1-7.3学习MATLAB方面相关知识并编写调试程序747.5验证实验结果7.6完成课程设计，撰写报告7.7答辩课程设计考勤表周星期一星期二星期三星期四星期五课程设计评语表指导教师评语：成绩：指导教师: 年月日8PSK通信系统的蒙特卡罗仿真分析一、设计目的和意义1. 对8psk进行调制和解调，通过 MATLAB程，掌握 MATLAB勺使 用，熟练掌握8PSK的调制原理，解调原理。2. 对8PSK通信系统进行蒙特卡罗仿真分析，分析起信噪比和差错 率。为现实中通信系统的调制，解调，及信道传输进行理论指 导

3、。二、设计原理1.8PSK的调制八进制移相键控（8PSK）调制。由于8PSK将GMSK勺信号空间从2扩展到 8，因此每个符号可以包括的信息是原来的4倍。8PSK的符号率保持在271kbps，每个时隙可以得到69.2kbps的总速率，并且仍然能够完成 GSM频谱 屏蔽。对于高速传输，为了提高频带利用率，多采用多进制调制方法，在一个波 形周期（0，TS）内发送多个二进制符号。频带利用率能成倍增加。8PSK 载波有（0,二/4，二/2，3 7/4，二，5 二/4，3二/2，7 二/4 ）八种不同的初相，可以在一个波形周期（0，TS）内发送3个二进制符号（000, 001，010，011，100，10

4、1，110，111）。频带利用率能达到 6b/S/HZ。由于8PSK信号幅度不是恒定的，因此，被调制信号将不再保持恒定幅度，它必须能够从任何起点到达任何相位位置。这意味着8-PSK信号的幅度变化很大，这给RF放大器带来了较大压力，而且可能会导致进一步失真。通过8PSK设计的增强功能，即3n/8旋转则能够降低较大的幅度变化。所以，经过符号 映射后的符号，应再按照F式进行3n/8弧度的符号旋转。矢量图见图1:函数首先将产生的二进制序列送入，在串并变换处分成3个电平，b1,b2和b3,其中b1用于决定同相路信号的极性，当其为1时，同路信号的极性为1, 当其为0时，同路信号的极性为-1。b2用于确定正

5、交路信号的极性，当其为1 时，正交路信号的极性为1,当其为0时，正交路信号的极性为-1。b3用于确定同相路和正交路的幅度，当8PSK信号幅度为1时，若b3为1时同 相路的基带信号幅度应为0.924,而正交路幅度为0.383;若b3为0时，同相路 信号幅度为0.383,而正交路信号幅度为0.924。求出I和Q以后就分别与相位 相反的载波叠加。最后相加就得到了调制后的 8PSK信号。原理图见图2图28PSK的调制原理图2.8PSK的解调采用双正交相干解调。8PSK信号与信道中的噪声叠加后输入解调器，首先将信号分解成四个独立 的信号，然后分别与相位不同的载波相叠加，然后就是判决电路，当不对时， 计数

6、器加1。判决出以后的信号就是 b1,b2,b3最后将3个信号叠加起来就得到 了输出信号。蒙特卡罗分析就是分析信号信噪比的误码率和误比特率，然后对 信号进行分析，与理论的误码率和误比特率进行对比。原理图见图3。bl图38PSK的双正交相干解调3眼图眼图是信号由垂直扫描进入与同周期的水平扫描锯齿波叠加到示波器上时到 得图案。眼图能够反映信号在传输过程中受到的信道噪声影响的强度，眼图越模糊， 眼睛越闭合，则说明噪声越强，反之，则说明噪声强度弱，也能说明信道性能 更优良。三、详细设计步骤1、8PSK调制部分本设计采用相位选择法进行 8PSK调制。其三位二进制序列与对应控制相位对 应如下表表11 1 1

7、-n /81 1 0-3n /80 1 0-5n /80 1 1-7n /80 0 1-9n /80 0 0-11n /81 0 0-13n /81 0 1-15n /8对应上表，首先生成对应相位的同频载波，再根据输入二进制序列对每连续三 位进行判决，输出相应相位的载波即可。其MATLAB程序如下：functionmpskout=mpsk8(b in)t=linspace(0,2*pi,600)。取 600 个采样点(一周期)%制作八个相位波形-x111=si n(t+pi/8)。x110=sin(t+pi*3/8)。x010=sin(t+pi*5/8)。x011=sin(t+pi*7/8)

8、。x001=sin(t+pi*9/8) 。 x000=sin(t+pi*11/8) 。 x100=sin(t+pi*13/8) 。 x101=sin(t+pi*15/8) 。c=0。结果缓冲% 计算码组数 bpsknum=fix(length(bin)/3) 。 %每三位进行调制 %8PSK 调制k=1。for m=1:bpsknumif bin(k)=1&bin(k+1)=1&bin(k+2)=1c=c,x111。elseif bin(k)=1&bin(k+1)=1&bin(k+2)=0c=c,x110。elseif bin(k)=0&bin(k+1)=1&bin(k+2)=0c=c,x01

9、0。elseif bin(k)=0&bin(k+1)=1&bin(k+2)=1c=c,x011。elseif bin(k)=0&bin(k+1)=0&bin(k+2)=1c=c,x001。elseif bin(k)=0&bin(k+1)=0&bin(k+2)=0c=c,x000。elseif bin(k)=1&bin(k+1)=0&bin(k+2)=0c=c,x100。elsec=c,x101。endk=k+3。endmpskout=c。mpskout(1)= 。 %清除第一个元素 02、8PSK 解调部分采用双正交相干解调。这里有四个不周相位的本地载波，分别分0, n2,-冗彳，冗彳，其频率

10、与发送端载波一样。四个不同相位的载波分别与一个周期的已 调信号作乘法运算，然后进行判决。具体判决方法是，把所乘结果的离散数据 相累加，如果其和大于 0，则相应判决码输出 1，否则输出 0。实际上，由于作 乘法运算之后的离散也为一对称的正弦离散信号，故只需取出此信号内的最大 值与最小值，进行相加并判断其正负即可，这样减少了运算量。对应 2， b2 对应于输入二进制序列的第一位， b1 对应于输入二进制序列的 第二位，b3和b4则对应于第三位，第三位的取值是b3 b4求同或的值。因此，程序首先生成四种相位的本地载波，然后对输入的已调信号的每一 个周期内作乘法，再进行上述的判决。程序如下：funct

11、ion binout=mpsk8opp(sqwave)t=linspace(0,2*pi,600)。% 产生与载波同频率但不同相位的信号 xc1=sin(t)。xc2=sin(t+pi/2) 。xc3=sin(t+pi/4) 。xc4=sin(t-pi/4) 。binout1=0。 %结果输出缓冲k=fix(length(sqwave)/600) 。%解调抽样点为 600num=1。% 双正交相关解调 for m=1:kwave=sqwave(num:num+599。) % 一周期取 600 个采样点 b1=xc1.*wave 。b2=xc2.*wave 。b3=xc3.*wave 。b4=x

12、c4.*wave 。c1=fix(max(b1)+min(b1)+1) 。c2=fix(max(b2)+min(b2)+1) 。c3=fix(max(b3)+min(b3)+1) 。c4=fix(max(b4)+min(b4)+1) 。if c3=c4c3=1。elsec3=0。endbinout1=binout1,c1,c2,c3。 %结果保存 num=num+600。endbinout=binout1。binout(1)= 。%第一个元素清除3、高斯噪声、眼图直接调用 MATLAB 的函数 RANDN 产生均值为 0，方差为 1 的加性高斯随 机噪声，眼图用 MATLAB 系统的函数 EY

13、EDIAGRAM 对加入噪声的已调信号 进行眼图观察。误码统计中，对每一次加入噪声后解调输出的二进制序列与输 入的二进制序列进行对比，计算解调后的误码数及其比率。相应程序见附录 。四、设计结果及分析(一) 8PSK 调制输入待调制二进制序列朋耿己调信号8PSK调输出二进制序列图4 8PSK调制）加性高斯噪声情况下解调输出输入待调制二进制序列8PSK己调信号加噪后加噪JSePSkdS调输出二进制序列图3噪声情况下解调输出有加性噪声的情况下，解调端会出现错误解调输出，图3所示为出现7误码，误码率为23.33%。因为，加入噪声后，对其进行相乘然后判决时，会因为 噪声的影响出现错误判决。三）眼图Eye

14、 Diagram1 5,1-1.5 100.5Tim 口图4眼图1mmm=ra ndn (1,600*fix(m/3)./20将被除数改为20.眼图如下1.51Eye Diagram占 0.5eoIm50.图5眼图2由上图可知，眼图越模糊，眼睛越闭合，贝U说明噪声越强，反之，贝U说明噪声 强度弱，也能说明信道性能更优良。五、体会通过这次课程设计，培养了我综合运用所学知识 , 发现、提出、分析和解决 实际问题、锻炼实践的能力 , 是对我们以后的实际工作能力的具体训练和一个考 察过程。在这次课程设计中，我能够比较系统的了解数字信号的载波传输， 尤 其是多进制相移监控MPSK把理论和实践相结合。在做

15、设计的过程中难免总会 出现各种问题，通过查阅资料，自学其中的相关知识，无形间提高了我们的动 手，动脑能力，通过课程设计让我知道了，我们平时所学的知识如果不加以实 践的话等于纸上谈兵。课程设计主要是我们理论知识的延伸，它的目的主要是 要在设计中发现问题，并且自己要能找到解决问题的方案，形成一种独立的意 识。我们还能从设计中检验我们所学的理论知识到底有多少，巩固我们已经学 会的，不断学习我们所遗漏的新知识，把这门课学的扎实。六、参考文献1 吴伟陵,续大我,庞沁华通信原理 北京邮电大学出版社， 20052 曹志刚，钱亚生 . 现代通信原理清华大学出版社， 19923 苗长云等主编 . 现代通信原理及

16、应用电子工业出版社， 20054 通信原理 ( 第五版 ) 樊昌信 张甫翊 徐炳祥 吴成柯 编著国防工业出版社5 MATLAB 工具箱应用苏金明 张莲花 刘波等编电子工业出版社附录：程序如下%FILE(1) 主程序 psk.mm=30。更改m调制输出波形为m/3的整数个bin=fix(rand(1,m)+0.5) 。 %输入序列tt2= mpsk8(bin) 。 %tt1-8PSK 已调信号 %产生高斯噪声mmm=randn(1,600*fix(m/3)./10 。 %更改被除数决定噪声大小tt仁sqwave(bin)。tt2-输入转换为显示方波 tt3=mpsk8opp(tt2)。%tt3-

17、解调输出序列 tt4=sqwave(tt3)。tt4-输出转换为显示方波 %已调至信号加入噪声 ttnoi=tt2+mmm 。ttnoi3=mpsk8opp(ttnoi)。 %ttnoi3-加噪后解调输出序列ttnoi4=sqwave(ttnoi3)。%ttnoi4-加噪后输出转换为显示方波%* 对加噪后信号解调进行误码统计 * nrate,numb=noirate(bin,ttnoi3) 。disp(本次误码数 :)disp(numb)disp( 本次误码率 :)disp(nrate)%* 未加噪声前显示效果 *figure(1)。 subplot(311)。 plot(tt1,.-) 。t

18、itle( 输入待调制二进制序列 )。grid on。axis(0,fix(m/3)*600,0,1) 。%subplot(312)。plot(tt2,-g)。grid on。axis(0,fix(m/3)*600,-1,1) 。 title(8PSK 已调信号 )。%subplot(313)。plot(tt4,.-m) 。grid on。axis(0,fix(m/3)*600,0,1) 。 title(8PSK 解调输出二进制序列 )。 %* 加噪声后显示效果 * figure(2)。subplot(311)。plot(tt1,.-) 。title( 输入待调制二进制序列 )。grid on

19、。axis(0,fix(m/3)*600,0,1) 。%subplot(312)。 plot(ttnoi,-g) 。 grid on。axis(0,fix(m/3)*600,-1,1) 。title(8PSK 已调信号加噪后 )。%subplot(313)。plot(ttnoi4,.-m) 。grid on。axis(0,fix(m/3)*600,0,1) 。title(加噪后8PSK解调输出二进制序列)%眼图eyediagram(ttnoi,300,1,150,-g) grid on%-FILE(2) -mpsk8.m%function mpskout=mpsk8(bin) t=linspa

20、ce(0,2*pi,600)。%制作八个相位波形 x111=sin(t+pi/8)。x110=sin(t+pi*3/8)。x010=sin(t+pi*5/8) 。x011=sin(t+pi*7/8) 。x001=sin(t+pi*9/8) 。 x000=sin(t+pi*11/8) 。x100=sin(t+pi*13/8) 。x101=sin(t+pi*15/8) 。 c=0。结果缓冲%计算码组数 bpsknum=fix(length(bin)/3) 。 %每三位进行调制 %8PSK 调制k=1。for m=1:bpsknumif bin(k)=1&bin(k+1)=1&bin(k+2)=1

21、c=c,x111。elseif bin(k)=1&bin(k+1)=1&bin(k+2)=0 c=c,x110。elseif bin(k)=0&bin(k+1)=1&bin(k+2)=0 c=c,x010。elseif bin(k)=0&bin(k+1)=1&bin(k+2)=1 c=c,x011。elseif bin(k)=0&bin(k+1)=0&bin(k+2)=1 c=c,x001。elseif bin(k)=0&bin(k+1)=0&bin(k+2)=0 c=c,x000。elseif bin(k)=1&bin(k+1)=0&bin(k+2)=0 c=c,x100。else c=c,

22、x101。end k=k+3。end mpskout=c。mpskout(1)= 。 %清除第一个元素 0 %-FILE ( 3)noirate.m%function norate,noinum=noirate(bininp,binout) %功 能: 误解调率统计 l=length(binout) 。c=0。for m=1:lif binout(m)=bininp(m) c=c+1。endend noinum= c 。 norate=c/l。%FILE(4) sqwave.m,%function squout=sqwave(bin) %把二进制序列转化为对应显示波形序列 %一周期采样 400

23、 点up=ones(1,200。低电平 down=zeros(1,200)。 %高电平 k=length(bin)。c=0。for m=1:kif bin(m)=1c=c,up。else c=c,down。endend squout=c。 squout(1)=。%FILE(5)mpsk8oop.m%function binout=mpsk8opp(sqwave) t=linspace(0,2*pi,600)。% 产生与载波同频率但不同相位的信号 xc1=sin(t)。 xc2=sin(t+pi/2)。xc3=sin(t+pi/4)。xc4=sin(t-pi/4)。 binout1=0。 %结果

24、输出缓冲 k=fix(length(sqwave)/600)。 %解调抽样点为 600num=1。% 双正交相关解调 for m=1:kwave=sqwave(num:num+599)。 %取 600个采样点(一周期) b1=xc1.*wave。b2=xc2.*wave。b3=xc3.*wave。b4=xc4.*wave。c1=fix(max(b1)+min(b1)+1) 。c2=fix(max(b2)+min(b2)+1) 。c3=fix(max(b3)+min(b3)+1) 。c4=fix(max(b4)+min(b4)+1) 。if c3=c4c3=1。elsec3=0。endbinout1=binout1,c1,c2,c3。 %结果保存num=num+600。endbinout=binout1。binout(1)= 。%清除第一个元素